岩石特性参量测量系统及其使用方法
【专利摘要】本发明提供了一种岩石特性参量测量系统及其使用方法，其中，该系统包括：脉冲激光发射器，用于发出激光照射待测岩石样品；示波器，通过导线与所述岩石样品相连，用于接收所述岩石样品在所述脉冲激光发射器发出的激光的照射下所产生的电信号，并将所述电信号转换为波形信号进行显示，其中，所述波形信号用于分析所述岩石样品的特性参量。本发明实施例操作起来比较简单，灵敏度高，响应时间快，有助于实现岩石特性的实时检测。
【专利说明】岩石特性参量测量系统及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩石勘测【技术领域】，特别涉及一种岩石特性参量测量系统及其使用方法。
【背景技术】
[0002]岩石的特性主要包括:结构面各向异性、密度、孔隙度、骨架结构以及裂隙等，传统的表征岩石特性的方法主要通过测量电阻率、波速比等来反映岩石的密度、各向异性特性、微裂缝程度等，传统的这些方法较为复杂。
【发明内容】
[0003]本发明实施例提供了一种岩石特性参量测量系统及其使用方法，以达到简化操作方式，减少对岩石样品损坏的目的，该系统包括:
[0004]脉冲激光发射器，用于发出激光照射待测岩石样品；
[0005]示波器，通过导线与所述岩石样品相连，用于接收所述岩石样品在所述脉冲激光发射器发出的激光的照射下所产生的电信号，并将所述电信号转换为波形信号进行显示，其中，所述波形信号用于分析所述岩石样品的特性参量。
[0006]在一个实施例中，上述系统还包括:样品台，用于放置所述岩石样品，并用于对所述岩石样品的位置进行调整。
[0007]在一个实施例中，上述样品台包括:样品架、支架和位移台，其中，所述支架位于所述位移台之上，所述支架用于支撑所述样品架，所述位移台用于控制所述样品架带动所述岩石样品转动。
[0008]在一个实施例中，上述系统还包括:直流稳压源，一端通过所述导线与所述岩石样品相连，另一端通过所述导线与所述示波器相连，用于为所述岩石样品提供偏压。
[0009]在一个实施例中，所述导线在所述岩石样品上形成的电极是叉指电极。
[0010]在一个实施例中，上述系统还包括光阑，用于调整所述脉冲激光发射器发出的激光信号在所述岩石样品上的辐射面积。
[0011]本发明实施例还提供了一种上述岩石特性参量测量系统的使用方法，该方法包括:
[0012]将待测岩石样品置于脉冲激光发射器的光路中心；
[0013]打开所述脉冲激光发射器和示波器；
[0014]记录所述示波器上显示的波形信号；
[0015]调整所述岩石样品的位置，记录在不同位置时，所述示波器上显示的波形信号；
[0016]根据获取的岩石样品位于不同位置的波形信号，分析所述岩石样品的特性参量。
[0017]在一个实施例中，所述特性参量包括以下至少之一:电阻率、各向异性、内部孔隙度、裂缝。
[0018]在一个实施例中，在记录示波器上显示的波形信号之前，所述方法还包括:
[0019]确定所述示波器上显示的岩石的光电信号的响应速度是否满足预定要求；
[0020]如果不满足，则减小所述示波器的输入阻抗。
[0021]在一个实施例中，在记录示波器上显示的波形信号之前，所述方法还包括:
[0022]确定所述岩石样品的信号响应灵敏度是否满足预定要求；
[0023]如果不满足，则调整所述导线在所述岩石样品上形成的两个电极之间的距离。
[0024]本发明实施例中对于岩石特性参量的测量,先获取岩石在激光照射下的电信号，然后根据该电信号进行岩石的各项特性参量的分析，具体的是通过设置脉冲激光发射器，发出激光照射到岩石样品上产生电信号，并将这些电信号通过示波器反应出来，根据获取的这些电信号就可以实现对岩石特性参量的分析，操作起来比较简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中:
[0026]图1是本发明实施例的岩石特性参量测量系统的结构示意图；
[0027]图2是本发明实施例的岩石特性参量测量系统的使用方法流程图；
[0028]图3是本发明实施例的岩石特性参量测量系统的连接结构示意图；
[0029]图4是本发明实施例的常规电极示意图；
[0030]图5是本发明实施例的叉指电极示意图；
[0031]图6是本发明实施例的裂缝面与水平面之间的倾角为0°时的激光照射示意图；
[0032]图7是本发明实施例的裂缝面与水平面之间的倾角为45°时的激光照射示意图；
[0033]图8是本发明实施例的裂缝面与水平面之间的倾角为90°时的激光照射示意图；
[0034]图9是本发明实施例的裂缝面与水平面之间的倾角与光电信号的关系示意图；
[0035]图10是本发明实施例的岩石电阻随裂缝方向变化的关系示意图。
[0036]实施方式
[0037]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0038]发明人考虑到，可以通过光电探测技术，利用脉冲激光激发来获取岩石的光电信号，通过对岩石的光电信号的分析，得到岩石关于电阻率、各向异性，内部孔隙度，裂缝等的变化信息，即，从光学角度出发，立足于岩石光电特性测量。
[0039]基于上述思想，在本例中，提供了一种岩石特性参量测量系统，该系统就是通过光电信号实现对岩石特性参数测量，主要特点就是:检测方法简单，测量成本低，对样品岩石无损伤，对环境适应能力较强，适宜各种高温高压等恶劣环境，同时灵敏度高，响应时间快，纳秒级的响应时间有助于实现岩石的实时检测，同时，岩石的光电特性还可以有效反映岩石的内部结构特征。
[0040]该岩石特性参量测量系统,如图1所示，包括:
[0041]脉冲激光发射器101,用于发出激光照射待测岩石样品102 ；
[0042]不波器103,通过导线104与岩石样品102相连,用于接收岩石样品102在脉冲激光发射器101发出的激光的照射下所产生的电信号，并将所述电信号转换为波形信号进行显示，其中，所述波形信号用于确定所述岩石样品的特性参量。
[0043]在上述实施例中，对于岩石特性参量的测量，先获取岩石在激光照射下的电信号，然后根据该电信号进行岩石的各项特性参量的分析，具体的是通过设置脉冲激光发射器，发出激光照射到岩石样品上产生电信号，并将这些电信号通过示波器反应出来，根据获取的这些电信号就可以实现对岩石特性参量的分析，操作起来比较简单。
[0044]进一步的，考虑到岩石样品需要有东西进行支撑，同时该支撑物需要支持对岩石位置或者是角度的移动，以实现对岩石不同角度或者方位的测量，可以设置一个样品台，用于放置待测岩石样品，并支持对待测岩石样品的位置进行调整，该样品台可以由样品架、支架和位移台等组成，其中，样品架，用于放置所述待测岩石样品，位移台，通过支架与所述样品架相连，用于控制所述样品架带动所述待测岩石转动，其中，可以采用手动平移台，也可以采用电动平移台。
[0045]考虑到在实际操作时，岩石在激光照射下所产生的电信号是很微弱的，为了使得可以产生明显的信号，可以加入适当的偏压，例如:加一个200伏特的偏压。在本例中，上述的岩石特性参量测量系统中还可以包括直流稳压源，该直流稳压源的一端通过所述导线与所述待测岩石样品相连，另一端通过所述导线与所述示波器相连，用于为所述待测岩石样品提供偏压。
[0046]为了实现对数据更为有效的记录和分析处理，可以外接相应的电脑软件，或者是增加一个处理器，来实现数据的实时记录、对比和保存，例如，在上述测量系统中设置一处理器，该处理器与示波器相连，用于记录和分析示波器上的波形信号。
[0047]考虑到该系统需要对岩石的多种参量进行测量，需要不同的光照位置及光照面积，为了达到这些目的，可以在该系统中设置光阑，用于调整所述脉冲激光发射器发出的激光信号的辐射面积，所谓光阑可以理解为一个带孔屏障，用于调整光照位置及光照面积的
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[0048]在本例中，还提供了一种岩石特性参量测量系统的使用方法，如图2所示，包括:
[0049]步骤201:将待测岩石样品置于脉冲激光发射器的光路中心；
[0050]步骤202:打开所述脉冲激光发射器和示波器；
[0051]步骤203:记录示波器上显示的波形信号；
[0052]步骤204:调整所述岩石样品的位置，记录在不同位置时，所述示波器上显示的波形信号；
[0053]步骤205:根据获取的岩石样品位于不同位置的波形信号，分析所述岩石样品的参量。
[0054]具体的，岩石的特性参量可以包括:电阻率、各向异性、内部孔隙度、裂缝等，然而值得注意的是，这些岩石参量仅是示意性描述，还可以是岩石的其它参数，在此不一一列举，但是都应包含在本申请的保护范围内。
[0055]具体实施时，可以通过减小示波器的输入阻抗来减小电路的RC振荡，从而提高样品的光电响应速度。例如:在记录示波器上显示的信号之前，还包括:确定所述示波器上显示的演示样品的光电信号的响应速度是否满足预定要求；如果不满足，则减小所述示波器的输入阻抗。
[0056]光电响应的灵敏度也是在进行测量时一个很重要的因素，为了提高光电响应的灵敏度，可以通过改变样品的电极间距、电极的样貌等方式，也可以通过调整示波器的输入阻抗等方式，例如:在打开所述脉冲激光发射器和示波器的时候，使得导线在所述岩石样品上形成的电极是叉指电极。具体实施时，在记录示波器上显示的波形信号之前，还可以先确定岩石样品的信号响应灵敏度是否满足预定要求；如果不满足，则调整所述导线在所述岩石样品上形成的两个电极之间的距离，即，通过调整电极间距的方式来调整信号响应灵敏度。
[0057]下面以一个具体的实施例对上述的岩石的参量测量系统进行说明，然而值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0058]在本例中，提出了一种通过脉冲激光来测量岩石特性参量的系统和方法，利用脉冲激光与岩石的相互作用，获得岩石的瞬态光电响应信号，进而分析岩石内部结构特征。该装置结构简单、易于操作，可实现岩石的快速、高灵敏度检测。
[0059]如图3所示，该系统包括:脉冲激光发射器，示波器，可以实现三维自由移动的样品台，用于光电信号检测的导线及电极。
[0060]该系统的具体使用步骤，包括:
[0061]S1:将待测岩石样品固定在样品台上，样品电极通过样品台与示波器相连。
[0062]S2:打开脉冲激光发射器，使得脉冲激光照射在样品上，在岩石中产生光电效应，通过与样品相连接的示波器会检测到相应的光电信号，进一步的，可以通过调整样品台的位置，改变样品岩石上激光的辐照位置，以获得样品岩石的最优光电信号，必要时可以使用数字源表提供一定的偏压或偏流，以得到更明显的信号。
[0063]在具体实施的时候，可以通过增加光阑调整激光的辐照面积，进而对光电信号进行调制，还可以外接相应的电脑软件实现数据的实时记录、对比和保存。
[0064]具体的，按照图3所示连接电路及装置，样品采用如图4所示的所示的常规电极，将样品固定于样品台上，调节样品台位置使得样品处于光路中心，然后打开脉冲激光及示波器，调节示波器，使其能够显示清晰的电信号，细调样品位置，观察并选择最优信号，记录并保存信号的详细信息。或者，样品也可以采用图5所示的叉指电极。
[0065]下面以不同裂缝方向在照射脉冲激光后产生的光电信号，以及不同裂缝方向所对应的电阻为例，来对以光电信号进行岩石参量的分析进行具体的描述。
[0066]如图6至8所示，分别表示裂缝层面与水平面的夹角为0°、45°和90°的示意图，其中，箭头表示光照射方向，两边的黑线表示导电胶，中间一条条线表示裂缝。
[0067]如图9所示是随着光照射方向与裂缝方向夹角的不同而得到的不同的光电信号的示意图，即:角度-光电信号关系图，由图9可以看出:沿着裂缝方向照射得到的光电信号要大于照在裂缝面上出现的光电信号。
[0068]如图10所示是岩石不同裂缝方向所对应的电阻，由图10可以看出:随着裂缝方向的变化，岩石电阻也是出现变化的。
[0069]因此，由上述图6至图10便可以将裂缝方向、电阻和光电信号联系起来，根据建立起来的关系便可以实现基于激光脉冲的岩石参量的测量。
[0070]在本例中，对岩石进行脉冲激光探针表征，样品电极通过样品台与示波器相连。脉冲激光福照在样品上，在岩石中产生光电效应，与样品相连接的不波器中会检测到相应的光电信号，这种表征方法实现比较简单，对环境适应能力较强，同时信号灵敏度高，响应速度快，可实现对岩石的快速、实时检测。岩石的脉冲激光探针表征结果与岩石的内部结构信息有关，可用于分析储层岩石中各向异性、孔隙度、裂缝、含油含水量等相关特性，是利用光学方法对岩石进行表征、分析的一种有效手段。
[0071]在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。
[0072]在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于:光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。
[0073]从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果:对于岩石特性参量的测量，先获取岩石在激光照射下的电信号，然后根据该电信号进行岩石的各项特性参量的分析，具体的是通过设置脉冲激光发射器，发出激光照射到岩石样品上产生电信号，并将这些电信号通过示波器反应出来，根据获取的这些电信号就可以实现对岩石特性参量的分析，操作起来比较简单。
[0074]显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
[0075]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种岩石特性参量测量系统，其特征在于，包括: 脉冲激光发射器，用于发出激光照射待测岩石样品； 示波器，通过导线与所述岩石样品相连，用于接收所述岩石样品在所述脉冲激光发射器发出的激光的照射下所产生的电信号，并将所述电信号转换为波形信号进行显示，其中，所述波形信号用于分析所述岩石样品的特性参量。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括:样品台，用于放置所述岩石样品，并用于对所述岩石样品的位置进行调整。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述样品台包括:样品架、支架和位移台，其中，所述支架位于所述位移台之上，所述支架用于支撑所述样品架，所述位移台用于控制所述样品架带动所述岩石样品转动。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括:直流稳压源，一端通过所述导线与所述岩石样品相连，另一端通过所述导线与所述示波器相连，用于为所述岩石样品提供偏压。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导线在所述岩石样品上形成的电极是叉指电极。
6.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，还包括光阑，用于调整所述脉冲激光发射器发出的激光信号在所述岩石样品上的辐射面积和辐照位置。
7.—种权利要求1至6中任一项所述的岩石特性参量测量系统的使用方法，其特征在于，包括: 将待测岩石样品置于脉冲激光发射器的光路中心； 打开所述脉冲激光发射器和示波器； 记录所述示波器上显示的波形信号； 调整所述岩石样品的位置，记录在不同位置时，所述示波器上显示的波形信号； 根据获取的岩石样品位于不同位置的波形信号，分析所述岩石样品的特性参量。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述特性参量包括以下至少之一:电阻率、各向异性、内部孔隙度、裂缝。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在记录示波器上显示的波形信号之前，所述方法还包括: 确定所述示波器上显示的岩石的光电信号的响应速度是否满足预定要求； 如果不满足，则减小所述示波器的输入阻抗。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在记录示波器上显示的波形信号之前，所述方法还包括: 确定所述岩石样品的信号响应灵敏度是否满足预定要求； 如果不满足，则调整所述导线在所述岩石样品上形成的两个电极之间的距离。
【文档编号】G01N15/08GK104198340SQ201410479761
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】赵昆, 孙琦, 吕志清, 董晨, 杨肖 申请人:中国石油大学(北京)